制氧工问答(5)

的压力降低相对较小，并且是逐渐变化的。而节流阀的节流过程压降较大，并是突然变化的。例如，空气流经主热交换器的压降约在0.01MPa左右，而液空从下塔通过节流阀节流到上塔时，节流前后的压降可达0.45MPa。

在节流过程中，流体既未对外输出功，又可看成是与外界没有热量交换的绝热过程，根据能量守恒定律，节流前后的流体内部的总能量(焓)应保持不变。但是，组成焓的三部分能量：分子运动的动能、分子相互作用的位能、流动能的每一部分是可能变化的。节流后压力降低，质量比容积增大，分子之间的距离增加，分子相互作用的位能增大。而流动能一般变化不大，所以，只能靠减小分子运动的动能来转换成位能。分子的运动速度减慢，体现在温度降低。在空分设备中，遇到的节流均是这种情况，这也是节流降温制冷要达到的目的。

什么叫制冷量?

答：制冷就是要从比环境温度低的装置内取走热量，以平衡由外部传入的热量，使装置保持低温状态，或使内部温度不断降低，直至不断积累起低温液体。

热量只能从高温物体传给低温物体，要从低温物体取走热，首先要用人工的方法，造成一个更低温度的状态，使它具有吸收、并带走热量的能力。理论上讲，制冷量就是指这个带走热量能力的大小。根据制冷造成低温的方式不同，制冷量可分为以下三种，如图22所示。 (1)节流效应制冷量

进入空分装置压力较高的空气，在装置内经过节流阀及管路、设备等压力降低而膨胀。通常，节流过程将造成温度降低，气体所具有的带走热量的能力，就是低压气体在离开装置时恢复到进口温度相同时所能带走的热量。这说明，在同样的温度下，压力高的气体具有的能量(焓)比低压时要小，二者能量(焓)的差值就是所能吸收的热量，即叫做节流效应制冷量。 (2)膨胀机制冷量

压力较高的气体经过膨胀机膨胀时，由于气体推动叶轮旋转，对外输出功，因而气体本身的能量(焓)减小，温度显著降低。它所具有的带走热量的能力，就是吸热后恢复到膨胀前的能量。因此，膨胀机膨胀前后的能量(焓)之差就是膨胀机制冷量。 (3)冷冻机提供的制冷量

采用分子筛净化的空分设备，往往用冷冻机的低温工质来预冷空气，以提高吸附净化效果。这是由空分设备外部提供的制冷量，就是指冷冻水从空气带走的热量，它可使所需的节流效应和膨胀机制冷量减少。

制冷量与冷量两个概念有区别又有联系。制冷量是装置的属性，冷量是物质的属性。通过制冷机(包括空分设备的空气压缩、膨胀)制冷，能使物质温度降低；物质在温度降低后具有了吸热的能力，即通过装置制冷，使物质具有了冷量。

节流膨胀及膨胀机膨胀的温降有限，空气在空分设备中是如何被液化的?

答：在空分装置中要实现氧氮分离，首先要使空气液化，这就必须设法将空气温度降至液化温度。空分塔下塔的绝对压力在0.6MPa左右，在该压力下空气开始液化的温度约为-172℃。因此，要使空气液化，必须有一个比该温度更低的冷流体来冷却空气。

我们知道，空分设备中是靠膨胀后的低温空气来冷却正流压力空气的。空气要膨胀，首先就要进行压缩，压缩就要消耗能量。

空气膨胀可以通过节流膨胀或膨胀机膨胀。但是，这种膨胀的温降是有限的。对20MPa、30℃的高压空气，节流到0.1MPa时的温降也只有32℃。空气在透平膨胀机中从0.55MPa膨胀至0.135MPa的温降最大也只有50℃，还远远达不到空气液化所需的温度。 空分设备中的主热交换器及冷凝蒸发器对液体的产生起到关键的作用。主热交换器是利用膨胀后的低温、低压气体作为换热器的返流气体，来冷却高压正流空气，使它在膨胀前的温度逐步降低。同时，膨胀后的温度相应地逐步降得更低，直至最后能达到液化所需的温度，

使正流空气部分液化。空分设备在启动阶段的降温过程就是这样一个逐步冷却的过程。 膨胀后的空气由于压力低，所以在很低的温度下仍保持气态。例如，空气绝对压力为0.105MPa时，温度降至-190℃也仍为气态。它比正流高压空气的液化温度要低。对于小型中、高压制氧机，在启动阶段的后期，在主热交换器的下部，就会有部分液体产生，起到液化器的作用；对于低压空分设备，另设有液化器，利用膨胀后的低温低压空气来冷却正流高压(0.6MPa左右)低温空气，使之部分液化。同时，冷凝蒸发器在启动阶段后期也起到液化器的作用。膨胀后进入上塔的低温空气在冷凝蒸发器中冷却来自下塔的低温压力气体，部分产生冷凝后又节流到上塔，进一步降低温度，成为低温、低压返流气体的一部分，使积累的液体量逐步增加。

冷凝蒸发器中为什么液氧温度反而比气氮温度低才会吸热蒸发?

答：在冷凝蒸发器中，来自上塔底部的液氧被来自下塔顶部的气氮加热而蒸发，部分作为氧产品而引出，部分作为上升气参与上塔的精馏；气氮则放出热而冷凝成液氮，部分作为回流液参与下塔的精馏，部分节流至上塔顶部参与上塔的精馏。这说明在冷凝蒸发器中，气氮的温度是高于液氧的。

我们知道，在同样的压力下，氮的饱和温度是比氧的饱和温度要低。在标准大气压(0.1013MPa)下，氮的液化(气化)温度为-195.8℃，氧的液化(气化)温度为-183℃。但是，该饱和温度是与压力有关的，随着压力提高而提高。由于下塔顶部的绝对压力在0.58MPa左右，相应的气氮冷凝温度为-177℃；上塔液氧的绝对压力约为0.149MPa，相应的气化温度为-179℃。所以，在冷凝蒸发器中，气氮与液氧约有的2℃的温差。热量是由气氮传给液氧。 需要注意的是，1kg液氧的蒸发潜热与lkg气氮的冷凝潜热是不相等的。在上述温度下，氧的气化潜热为207kJ/kg，氮的冷凝潜热为168kJ/kg。因此，热量由气氮传给液氧后，氮的冷凝量约为氧的蒸发量的1.23倍。

为什么液氮过冷器中能用气氮来冷却液氮? 答：液氮过冷器利用上塔引出的低温气氮来冷却从下塔引出的液氮，以减少液氮节流进入上塔时的气化率。

为什么气氮的温度反而会比液氮温度低呢?这是因为对同一种物质来说，相变温度(饱和温度)与压力有关。压力越低，对应的饱和温度也越低(见图8)。在上塔顶部，处于气氮和液氮共存的饱和状态，二者具有相同的饱和温度。氮气出上塔的绝对压力在0.13MPa左右，对应的饱和温度为-193℃，出塔的氮饱和蒸气的温度也为该温度。而下塔顶部的绝对压力为0.55MPa左右，对应的氮饱和温度为-177℃左右。抽出的饱和液氮也为该温度。该液氮的温度要比上塔气氮的温度高16℃左右，因此，两股流体在流经液氮过冷器时，经过热交换，液氮放出热而被冷却成过冷液体，气氮因吸热而成为过热蒸气。 在空分塔顶部为什么既有液氮，又有气氮?

答：在煮开水时我们可以看到，在大气压力下，温度升高到100℃，水开始沸腾。但是，水不是一下子全部变成蒸汽的，而是随着吸收热量，蒸汽量不断增加。在汽、液共存的阶段，叫“饱和状态”。该状态下的蒸汽叫“饱和蒸汽”，水叫“饱和水”。在整个汽化阶段，蒸汽与水具有相同的温度，所以又叫“饱和温度”。 精馏塔顶部的情况与此类似，气氮与液氮是处于共存的饱和状态，具有相同的饱和温度。但是，相同温度下的饱和液体及饱和蒸气属于不同的状态。饱和蒸气放出热可冷凝成饱和液体，温度保持不变，这部分热量称为“冷凝潜热”；饱和液体吸收热可气化成饱和蒸气，温度也维持饱和温度不变，这部分热量称为“蒸发潜热”。对同一种物质，在相同的压力下，二者在数值上相等。

什么叫热量，什么叫冷量?

答：两个温度不同的物体相互接触时，温度高的物体会变冷，温度低的物体会变热。这

是由于高温物体有能量传递给低温物体。这种能量变化的大小通常用“热量”这个物理量来度量。物体内部能量减少，是因为放出了热量；反之，则是吸收了热量。通常体现在温度或物态的变化。热物体相对于冷物体来说，具有放出热量的能力；冷物体相对于热物体来说，具有吸收热量的能力。因此，热量的单位也就是能量的单位。按照国家标准是采用焦耳(J)为单位，工程上常用千焦(kJ)。

“冷量”是在制冷领域的一种习惯用语。因为要获得比环境更低的温度，是要靠制冷机化费电能才能获得的。也就是说，要从低温物体取走热量是要花费代价的。由于它的温度低于环境温度，就具有了自发从环境吸收热量的能力。它所能吸收热量的最大能力，是将它的温度升高到环境温度时所能吸收的热量。这个吸热能力的大小就称为冷量。物体的温度越低，数量越多，则吸收热量的能力越大，就叫具有的冷量越多。

由此可见，冷量只是对某一种热量的特殊称呼。这种吸热能力是花费代价才得到的，显得更为珍贵。在数量上等于制冷时从低温物体取走的热量，也等于低温物体所能吸收的热量(均以环境温度为基准)。

么叫制冷?

答：在日常生活中我们可以看到，一杯热水会自然地冷却到周围的环境温度为止，一块冰会在0℃以上的环境中自然融化成水。但是水不会自发地降低到比周围空气更低的温度而结冰。这些现象说明自然界的一个基本规律：热只能自发地从高温物体传给低温物体，而相反的过程不能自发地进行。

用人为的方法获得比环境更低的温度，是可以实现的。但是，这需要花费一定的代价，即消耗一定的能量(功，电能等)才能实现。这种人为地获得低温的过程，就叫“制冷”。 我们常见的冰箱、空调机就是靠制冷机实现制冷过程而获得低温的。它必须要消耗电能，带动压缩机工作。制冷机中循环工作的物质叫“制冷剂”。它是一种低沸点的物质，常用的有氨、氟里昂等。将这些工质在气态压缩后，在常温下就能在冷凝器中放出热量而冷凝成液体。再通过节流膨胀降压，使其饱和温度降低到比环境更低的温度。它就可以通过在蒸发器中蒸发吸热，来冷却别的物质(空气、水、食物等)，达到制冷的目的。工质本身则在蒸发器中吸热气化后，又返回到压缩机中再次压缩。如此循环地工作，实现连续制冷。

在制氧机中，要将空气温度降低到液化温度，这也是一个制冷过程，因此，必须有压缩机，并以消耗电能为代价。只是制氧机中是以空气为工质，靠将空气先压缩、再膨胀的方法达到降温的目的。然后再来冷却空气本身，直至达到液化温度而被液化。 冷状态下的全面加温与热状态下全面加温有何不同，操作方法有什么区别?

答：冷状态下的全面加温是停车后的加温操作。主要目的是清除残留的水分、二氧化碳、乙炔等杂质，为下周期的长期运转或检修做好准备。

热状态下的全面加温是开车前的加温操作。其主要目的是清除水分和一些固体杂物。 热状态下的全面加温，塔内温差较少，一般小于60℃；而冷状态加温，温差大于200℃。为了防止塔内容器、管道的热应力过大而损坏，冷状态下的全面加温与热状态下的全面加温在操作程序上是有区别的。

冷状态下的全面加温程序是停机-排液-静置-冷吹-加温-系统吹除。加温终点是加温气体出口温度达到常温为止。热状态下的全面加温操作程序分加温和吹除两步。为彻底清除水分达到干燥的目的，加温气体的出口温度要高于常温。为了清除固态杂物，热状态下的全面加温操作中吹除的环节显得更为重要。

空分设备的保冷材料有几种，分别有何特性?

答：常用的保冷材料有碳酸镁、玻璃棉、珠光砂及矿渣棉，其特性如表45所示： 表45保冷材料的性能

名称牌号 体积质量 /kg?m-3 热导率

/W(m?K)-1 比热容/ kJ(kg?K)-1 其他特性 碳酸镁 400 130 0.05～0.07 0.03～0.04 1.00

1.00 要求含水率不大于2.5%

玻璃棉 130 0.047 0.84 直径3～30μm 膨胀珍珠岩

(珠光砂) ≤80(一级) 150(二级) 0.04～0.058 0.04～0.05 0.67

0.84 晶粒1mm以下90%；1～2mm晶粒10%； 含水率不大于0.5% 矿 渣

棉 100号 150号

200号 ≤100 ≤150

≤200 0.044 0.038～0.047

0.033～0.052 0.75 0.84 0.84

含水率不大于2%

由于珠光砂重量轻，保冷性能好，价格较便宜，流动性好，易于装填，目前设备主要用它作保冷材料。在箱体底部可装一层矿渣棉，对经常需要检修的局部隔箱中也宜装矿渣棉或玻璃棉。

充填保冷材料时要注意什么问题?

答：1)充填之前，应烘干保冷箱基础上面的水分；

2)充填时，空分设备内的各设备、管路均应充气，充气压力为0.045 0.05MPa，并微开各计器管阀门通气。同时使各铂电阻通电，随时监视计器管和电缆是否发生故障； 3)注意保冷材料内不得混入可燃物，不得受潮；

4)不宜在雨、雪天装填；

5)装填应密实，不得有空区。装填矿渣棉时应用木锤或圆头木棍分层捣实，并在人孔取样检查其密度；

6)装填保冷材料的施工人员应采取劳保措施，并注意人身安全，在充填口加铁栅； 7)开车后保冷材料下沉时应注意补充。 什么叫裸冷，为什么要进行裸冷?

答：塔内管路、阀门及现场安装的空分设备，在全部安装完毕、并进行全面加温和吹除后，在保冷箱内尚未填保冷材料的情况下进行开车冷冻，称为“裸冷”。 裸冷是对空分设备进行低温考核。其目的在于：

1)检验空分设备的安装或大修质量。如：检查管道焊缝及法兰连接处是否有漏点； 2)检验空分设备及管道、阀门在低温状态下冷变形情况及补偿能力； 3)检验设备和管路是否畅通无误；

4)在低温下进一步拧紧对接法兰螺钉，确保低温下不泄漏。

因此，裸冷是对在现场安装的设备，安装完毕后、正式试车前的一项不可缺少的工序，应给予足够的重视。

怎样进行裸冷，裸冷后要做些什么工作?

答：在裸冷中应依次把精馏塔、主冷凝蒸发器等主要设备冷却到最低温度，各保持2h。然后冷却整个空分设备，直至达平衡温度，使所有设备管道处表面都结上白霜，并保持3～4h。

在冷态下应详细检查各部位的变形和泄漏。泄漏点的位置可以根据结霜的情况加以判断，并应做好标记。冷冻后首先应将法兰螺钉再次拧紧，以弥补低温下由于热胀系数不同而引起的螺钉松弛现象。但亦应注意不可拧得太紧，以防预应力太大。然后扫霜，并勿使霜熔化在保冷箱内，影响保冷材料的充填。再加温至常温后作气密性试验。

若有处理项目，处理后需再次裸冷。裸冷的次数与合格标准视具体情况而定。裸冷合格后各吸附器装上吸附剂，保冷箱装保冷材料。 怎样装填分子筛纯化器的分子筛?

答：在充装分子筛前，要检查筛床不能有漏分子筛的问题，否则要进行处理。罐内不能有油及其他杂物；参加充装的人员不能穿有带钉子的工作鞋，以免踩坏筛床；要穿干净的、不能有油的工作服。在中间部位要做几个标准高度标记，先检查环室，并充装铝胶达到标准高度，然后充装分子筛。因分子筛用量大，一般不同窑次生产出的分子筛有些差别，所以，要将同一批窑的分子筛均匀地对两个分子筛罐进行平均充装。充装完成后先用扒平机构扒平，检查分子筛充装是否达到标准高度(环室内已被分子筛埋在下面)。再次对分子筛进行扒平工作，直到筛床上的分子筛平整，没有凹凸问题。检查无问题后可认为充装工作结束。 对有器外活化条件的用户，按下述步骤进行： 1)首先将准备装填的分子筛彻底活化、待填；

2)拆开准备装填分子筛的纯化器顶部的空气进口管和过滤管；

3)把经活化后的分子筛装入器内，装满为止，并注意记下装填分子筛的数量。为了装填密实，可用木锤在筒体的封头上敲击；

4)分子筛装完后，再装回管路、过滤管和阀门。并应注意：连接法兰的螺钉应均匀、对称地拧紧；阀门需经脱脂后装好填料；氮气加温阀的填料还应采用耐高温的膨胀石墨或石棉线。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库制氧工问答(5)在线全文阅读。